[發(fā)明專利]一種基于G-P奇異譜分解的旋轉(zhuǎn)機(jī)械復(fù)合故障診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810207653.5
• 申請(qǐng)日: 2018-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108489719B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卿宏軍;黃祝慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州湖南大學(xué)機(jī)械裝備研究院
• 主分類號(hào): G01M13/00
• 分類號(hào): G01M13/00;G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 龔燕妮

1.一種基于G-P奇異譜分解的旋轉(zhuǎn)機(jī)械復(fù)合故障診斷方法，其特征在于，包括：

步驟S1：采用加速度傳感器對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的齒輪箱進(jìn)行測(cè)量，獲得預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的振動(dòng)加速度原始信號(hào)x(t)；

t表示預(yù)設(shè)時(shí)間段；

步驟S2：對(duì)所述振動(dòng)加速度原始信號(hào)進(jìn)行G-P奇異譜分解，獲得奇異譜分量；

步驟S3：對(duì)所述奇異譜分量進(jìn)行時(shí)頻域轉(zhuǎn)換，得到奇異譜分量的包絡(luò)譜；

步驟S4：從所述包絡(luò)譜中識(shí)別是否含有預(yù)設(shè)的故障特征頻率及其倍頻：若含有故障特征頻率及其倍頻，則說(shuō)明旋轉(zhuǎn)機(jī)械的齒輪箱存在故障；

在步驟S2中對(duì)所述振動(dòng)加速度原始信號(hào)進(jìn)行G-P奇異譜分解的具體步驟為：

步驟S21：通過(guò)所述振動(dòng)加速度原始信號(hào)x(t)生成新的信號(hào)離散序列x(n),n＝1,2,...,N；

其中，所述信號(hào)離散序列x(n)通過(guò)將所述振動(dòng)加速度原始信號(hào)x(t)中的所有值均減去均值z(mì)得到；

所述均值z(mì)為所述振動(dòng)加速度原始信號(hào)x(t)的均值；

N為信號(hào)離散序列的信號(hào)長(zhǎng)度；

步驟S22：采用G-P算法確定奇異譜分解所需的軌跡矩陣的嵌入維數(shù)M，其中M為正整數(shù)且1＜M＜N；

步驟S23：構(gòu)建軌跡矩陣X(M×N)，根據(jù)預(yù)設(shè)改進(jìn)規(guī)則生成改進(jìn)后的軌跡矩陣X(N×K)；

其中，預(yù)設(shè)改進(jìn)規(guī)則為將所述軌跡矩陣X(M×N)右下角元素移動(dòng)到左上角；

所述軌跡矩陣X(M×N)的第i行為：x_i＝(x(i),...,x(N),x(1),...,x(i-1))且i＝1,...,M,

K＝N-M+1；

步驟S24：對(duì)所述改進(jìn)后的軌跡矩陣X(N×K)進(jìn)行奇異值分解X＝UDV^T；

其中，左奇異矩陣U＝M×M，右奇異矩陣V＝K×K，特征矩陣D＝M×K，所述特征矩陣D中每一個(gè)元素均為所述軌跡矩陣的奇異值σ_k，σ_k為第k個(gè)奇異值，且λ_k為所述軌跡矩陣的第k個(gè)特征值；

步驟S25：根據(jù)步驟S24獲得的左奇異矩陣U、右奇異矩陣V和特征矩陣D生成奇異譜分量的主分量序列g(shù)^(j)(n)，其中，j為迭代次數(shù)；

步驟S26：從所述信號(hào)離散序列x(n)中減去步驟S25獲得的所述主分量序列g(shù)^(j)(n)，得到奇異譜分量的殘余分量序列v^(j)(n)，計(jì)算殘余分量序列v^(j)(n)和所述信號(hào)離散序列x(n)之間的均方差，當(dāng)所述均方差小于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，停止奇異值分解步驟，得到最終的奇異譜分量為所述主分量序列與殘余分量序列之和；否則，重復(fù)步驟S22至步驟S26。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S22中采用G-P算法奇異譜分解所需的軌跡矩陣的嵌入維數(shù)M的具體步驟為：

步驟S221：選定嵌入維數(shù)M的取值范圍[M_min,M_max]，其中M_min＝1，M_max＝N/3；

步驟S222：對(duì)于所述信號(hào)離散序列x(n)，設(shè)置延遲時(shí)間τ＝1，采用坐標(biāo)延遲重構(gòu)法，從小到大依次選取不同的嵌入維數(shù)對(duì)相空間進(jìn)行重構(gòu)，獲得所述相空間的相點(diǎn)為：其中t＝1,2,...,m且m＝N-(M-1)；

步驟S223：計(jì)算關(guān)聯(lián)積分，所述關(guān)聯(lián)積分的定義如下：

其中，|X_i-X_j|表示相空間中兩相點(diǎn)X_i和X_j之間的距離，d表示鄰域半徑，θ(d-|X_i-X_j|)為赫維賽德函數(shù)；

步驟S224：在每一個(gè)嵌入維數(shù)M下，均對(duì)C(M,d)與d取對(duì)數(shù)，并畫出相應(yīng)的lnC(M,d)-ln(d)曲線；

步驟S225：對(duì)于lnC(M,d)-ln(d)曲線中的直線段，采用最小二乘法進(jìn)行擬合，得到一條直線，使其斜率為關(guān)聯(lián)維數(shù)D，并擬合出M-D曲線；

步驟S226：在步驟S225擬合出的M-D曲線中，選取當(dāng)關(guān)聯(lián)維數(shù)D為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的嵌入維數(shù)M作為最佳嵌入維數(shù)。